分级纳米序构强韧化建筑陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及分级纳米序构强韧化建筑陶瓷及其制备方法，属于建筑陶瓷强韧化技术领域。所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的原料组成包括：10～20质量份长石质原料、20～30质量份粘土质原料、20～35质量份非晶态钙质原料、15～30质量份透辉石、1～5质量份煅烧硼钙石、3～8质量份磷质原料以及4～15质量份电熔氧化镁。本发明专利技术通过陶瓷配方体系设计和烧成、冷却工艺的优化制备得到的分级纳米序构强韧化建筑陶瓷具备含有一级结构和二级结构的分级纳米序构；其中，一级结构为超细纳米晶粒，晶粒平均尺寸为5～30 nm；二级结构为由一级结构组成的团簇体，团簇体平均尺寸为200～1000 nm。nm。nm。

【技术实现步骤摘要】
分级纳米序构强韧化建筑陶瓷及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑陶瓷强韧化
，具体涉及一种分级纳米序构强韧化建筑陶瓷及其制备方法。

技术介绍

[0002]建筑陶瓷是一类重要的结构陶瓷材料，优异的力学性能不仅可以确保建筑陶瓷制品安全可靠地服役，而且也是建筑陶瓷功能特性（防滑、耐磨、调湿、调温、抗菌等）得以实现的前提。近年来，绿色节能、降耗增效成为建筑陶瓷行业高质量发展所面临的重大挑战。建筑陶瓷薄型化可以显著减少矿物原料、化石能源的消耗以及废弃物的排放，是本行业实现绿色低碳的重要举措。然而，建筑陶瓷减薄之后的承载能力会显著减小，导致其服役安全性与可靠性降低。为实现建筑陶瓷的“减薄不减质”，亟须开发建筑陶瓷的力学强韧化技术，以提升其结构安全性。
[0003]为提升建筑陶瓷的力学性能，国内外研究者相继展开了系列研究，主要包括：颗粒弥散增强、玻璃相基体强化、晶须/纤维增强、原位增强、预应力强化等。但是，上述建筑陶瓷的力学强化方法并未改变传统陶瓷的配方体系（SiO2‑
Al2O3‑
K2O/Na2O体系）和物相组成（石英、莫来石、非晶相），难以在陶瓷产品性能上获得重大创新突破，而且存在制备成本较高、工序复杂的技术缺点，难以应用于建筑陶瓷薄板的工业化制造领域。
[0004]纳米陶瓷制造技术在陶瓷强韧化领域具有广阔的应用前景，然而由于建筑陶瓷成型工艺、低原料成本以及低温快烧工艺制度的限制，使得开发建筑陶瓷的纳米强韧化技术面临极大的技术挑战。鉴于此，利用前驱体反应烧结法和非晶晶化法创新性地开发了纳米强韧化建筑陶瓷的制备方法（中国专利CN 115557781B）。
[0005]近年来，重点支持以功能基元为基本单元，通过空间序构构成具有突破性、颠覆性宏观性能高性能材料的研究开发工作。目前，利用功能基元序构提升材料性能的方法已广泛应用于柔性声学材料、半导体材料、超高超弹性钛镍形状记忆合金、钙钛矿薄膜、多铁性功能材料等领域，而鲜见功能基元序构提升建筑陶瓷材料的研究报道。其中，中国专利CN 115557781B中高温液相对结晶相的熔解能力以及残余液相的析晶能力有限，只能在陶瓷中形成纳米微晶，而无法建立纳米微晶结构的分级有序堆积。鉴于此，本专利技术通过对现有纳米建筑陶瓷的配方组成与制备工艺进行优化设计，形成纳米晶粒功能基元的有序构筑，进而基于功能基元序构途径大幅度提升建筑陶瓷的力学性能。

技术实现思路

[0006]鉴于上述技术难题，本专利技术目的在于提出一种分级纳米序构强韧化建筑陶瓷及其制备方法，通过对纳米建筑陶瓷的配方组成与制备工艺进行优化设计，可形成纳米晶粒功能基元的有序构筑，从而基于功能基元序构途径进一步大幅度提升建筑陶瓷的力学性能。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种分级纳米序构强韧化建筑陶瓷，所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的原料组成包括：10～20质量份长石质原料、20～30质量份粘土质原料、20
～35质量份非晶态钙质原料、15～30质量份透辉石、1～5质量份煅烧硼钙石、3～8质量份磷质原料以及4～15质量份电熔氧化镁；所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷具备含有一级结构和二级结构的分级纳米序构；一级结构为超细纳米晶粒，晶粒平均尺寸为5～30 nm；二级结构为由一级结构组成的团簇体，团簇体平均尺寸为200～1000 nm。
[0008]较佳地，所述长石质原料为钾长石、钠长石、霞石、钾铝砂、高钠砂中的至少一种，所述粘土质原料为高岭土、球土、膨润土中的至少一种。
[0009]较佳地，所述非晶态钙质原料为矿渣、改质磁选钢渣、磷渣中的至少一种；优选地，所述非晶态钙质原料的Fe2O3含量≤1.0wt%，CaO含量≥37 wt%。
[0010]较佳地，所述磷质原料选自磷酸三钙、磷酸二氢铝、磷酸铝、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸中的至少一种。
[0011]较佳地，所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的结晶相含量≥85 wt%，所述结晶相以透辉石为主、钙长石为辅且透辉石与钙长石含量之比≥1.2。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种上述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：（1）按上述陶瓷原料组成称取长石质原料、粘土质原料、非晶态钙质原料、透辉石、煅烧硼钙石、磷质原料，混合后加水并进行球磨处理至中位粒径为3～8 μm，然后加入电熔氧化镁并继续球磨0.5～2 h，得到陶瓷浆料；陶瓷浆料经除铁、喷雾造粒，得到陶瓷粉料；（2）将所述陶瓷粉料压制成型为陶瓷生坯，经烧成、磨边、抛光处理，得到所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷。
[0013]较佳地，所述烧成的最高烧成温度为1050～1160℃，高温保火时间为10～30min，升温烧成段时间为30～60 min；高温保火结束后，以20～100℃/min的速率降温至850～1000℃，保温5～30 min。
[0014]较佳地，所述陶瓷浆料的pH值为7.5～9.5。
[0015]较佳地，所述陶瓷粉料的化学组成包括：以质量百分比计，SiO242～50%；Al2O38～15%；Fe2O30.3～1.0%；TiO20.3～0.7%；CaO 15～22%；MgO 11.5～20%；K2O 0.8～1.8%；Na2O 0.4～1.3%；B2O30.5～2.0%；P2O50.6～3.5%，烧失量3.0～7.0%。
[0016]较佳地，所述制备方法还包括在步骤（1）加水的同时还加入稀释剂与增强剂；所述稀释剂为水玻璃、腐殖酸钠、聚丙烯酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、聚丙烯酰胺中的任一种，稀释剂的掺量为所有陶瓷原料组成的0.5～1.0 wt%；所述增强剂为钠基膨润土、糊精、纤维素醚、羧甲基纤维素钠、PVA乳液、水性脲醛树脂、羧甲基纤维素钠中的任一种，增强剂的掺量为所有陶瓷原料组成的0.3～1.2 wt%。
[0017]有益效果本专利技术通过陶瓷配方体系设计和烧成工艺优化，增强了非晶态钙质原料与高温液相的析晶能力、陶瓷中高温液相对结晶相的熔解能力以及残余液相的析晶能力，实现了分级纳米序构在建筑陶瓷中的原位构建，基于功能基元序构方法实现了建筑陶瓷力学性能的极大提升，在纳米强韧化的基础上，进一步提升建筑陶瓷的力学性能。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1制得的建筑陶瓷断面腐蚀处理后不同放大倍数的SEM图；图2为本专利技术实施例1制得的建筑陶瓷抛光腐蚀面不同放大倍数的SEM图；图3为本专利技术实施例1与对比例2制得的建筑陶瓷的XRD图；图4为对比例1制得的建筑陶瓷的XRD图；图5为本专利技术实施例1与对比例2制得的建筑陶瓷断面腐蚀面的SEM图：（a）实施例1；（b）对比例2；图6为对比例3制得的水淬试样的SEM和XRD图：（a）SEM图；（b）XRD图。
具体实施方式
[0019]以下通过实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在没有特殊说明的情况下，各百分含量指质量百分含量。
[0020]本专利技术通过纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分级纳米序构强韧化建筑陶瓷，其特征在于，所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的原料组成包括：10～20质量份长石质原料、20～30质量份粘土质原料、20～35质量份非晶态钙质原料、15～30质量份透辉石、1～5质量份煅烧硼钙石、3～8质量份磷质原料以及4～15质量份电熔氧化镁；所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷具备含有一级结构和二级结构的分级纳米序构；一级结构为超细纳米晶粒，晶粒平均尺寸为5～30 nm；二级结构为由一级结构组成的团簇体，团簇体平均尺寸为200～1000 nm。2.根据权利要求1所述的分级纳米序构强韧化建筑陶瓷，其特征在于，所述长石质原料为钾长石、钠长石、霞石、钾铝砂、高钠砂中的至少一种，所述粘土质原料为高岭土、球土、膨润土中的至少一种。3.根据权利要求1所述的分级纳米序构强韧化建筑陶瓷，其特征在于，所述非晶态钙质原料为矿渣、改质磁选钢渣、磷渣中的至少一种。4.根据权利要求1所述的分级纳米序构强韧化建筑陶瓷，其特征在于，所述磷质原料选自磷酸三钙、磷酸二氢铝、磷酸铝、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸中的至少一种。5. 根据权利要求1所述的分级纳米序构强韧化建筑陶瓷，其特征在于，所述分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的结晶相含量≥85 wt%，所述结晶相以透辉石为主、钙长石为辅且透辉石与钙长石含量之比≥1.2。6.一种权利要求1所述的分级纳米序构强韧化建筑陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：（1）按权利要求1所述的陶瓷原料组成称取长石质原料、粘土质原料、非晶态钙质原料、透辉石、煅烧硼钙石、磷质原料，混合后加水并进行球磨处理至中位粒径为3～8 μm，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一军，聂光临，黄玲艳，程科木，吴洋，汪庆刚，
申请(专利权)人：蒙娜丽莎集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：